前  言
    根据水工建筑物课程教学大纲的要求，安排一周的时间进行土石坝课程设计。
    此次进行土石坝课程设计的地点是在教室里面，其目的是为了提高学生综合运用知识的能力，将理论与实际相结合，将自己学的知识运用到实际工程中。要求是：
    1、课程设计安排在《水工建筑物》课程内容之后进行，课程设计作为综合性实践环节，是对平时作业的一个补充，课程设计包括土石坝设计的主要理论和计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。
    2、课程设计的目的，是使学生融会贯通《水工建筑物》所学专业理论知识，完成土石坝较完整的设计计算过程，以加深对所学知识的理解和运用，培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。
    3、培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力，以及各种软件的使用。
    4、提高查阅和应用参考文献和资料的能力。
此次课程设计的内容是在颍河上进行联平土石坝的设计，根据已有的资料将水利枢纽布置在颍河上，需要我们充分发挥自己动手动脑的能力，从整体到局部在回到整体的这样一个认识的过程，充分运用所学的知识，借用参考文献和规范，设计出此套方案来的。
                                      编    者 
                                    2012年5月 
实习目的
课程设计的目的，是使学生融会贯通《水工建筑物》所学专业理论知识，完成土石坝较完整的设计计算过程，以加深对所学知识的理解和运用，培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。
实习内容
一  基本资料及数据设计
第一节 基本资料
(一)概况
    联平水库位于颍河干流上，控制流域面积94.1平方千米。流域内南部多石山，小部分为丘陵，已耕种，北部为丘陵，大部分为梯田，山区平均地面坡度为1/10～1/15，丘陵山区平均地面坡度1/50左右，水土流失严重，河流平均纵坡为1/130。
(二)枢纽任务
    该水库主要任务以灌溉为主，结合灌溉进行发电。灌溉下游左岸2万亩耕地，灌溉最大引水量4m3/s，引水高程347.49m，发电装机容量75kW。
(三)地形地质概况
水库位于低山丘陵地区，南部多山，高程在400~500m之间，发育南北向冲沟。北、西、东多位第四纪黄土覆盖的丘陵阶地，高程在300~400m之间，颍河由西向东流经坝区。
坝址两岸河谷狭窄。
坝址及库区岩层均为第三季砂页岩，无大的不利地质构造。
坝址岩层为黄石英砂岩与紫砂质页岩互层，岩层走向SE110o~120o，倾向NE20o~30o，倾角20o~40o。
坝址两岸为黄石英砂岩，岩石坚硬，但裂隙较为发育，上覆6~10m黄土，左岸有部分粘土。地震基本烈度为6度。
(四) 气象
1、气温:气温温和
2、风速：多年平均最大风速：14m/s。水库最大吹程3km。
3、降雨：流域年平均降雨量690mm/年，其中2/3降于6-9月，约有45%的降水集中于7、8两个月。
（五）水文
坝址处河流多年平均流量0.5m3/s，年总径流量1684.39万m3。
第二节  设计数据
（一）工程等级：根据规范自定。
（二）水库规划资料
1、死水位340m。
2、最高兴利水位360.00m，相应库容1413.07万m3，相应下游水深0
3、设计洪水位363.50m（频率2%）相应库容1998.36万m3，相应最大泄洪量540 m3/s左岸右岸，相应下游水位338.0m
4、校核洪水位364.50m（频率0.2%），相应库容2299.68万m3，相应最大泄洪量800 m3/s，相应下游水位339.0m。
5、水能指标：装机容量75kW，安装高程348.69m。
（三）枢纽组成建筑物
1、大坝：布置在1＃坝轴线上；
2、水电站：装机容量75kW，安装高程348.69m。
（四）筑坝材料
1、土料
在坝址附近400-1500m的河道右岸有丰富的土料，大部分为中粉质壤土，储量在150万方以上，坝址下游有30万方左右的重粉质壤土。
2、砂卵石料
颍河河槽及两岸滩地也有大量砂、砾石及卵石，上下游河滩地表层0-2m黄土覆盖，下为3-7m厚砂卵石，在枯水季节河水位降低，上游在坝脚100m以外2000m以内卵石平均取深为1.5m，约86万方，下游在坝脚100m以外2000m以内平均取深1.3m，约86万方，其休止角经现场试验最小30o，最大37o，平均值33o。物理力学性质指标如下
土石料物理力学性质指标
指标
单位
坝基砂卵石
坝体
中粉质
壤土
重粉
质壤土
砂卵石
堆石
水上
水下
水上
水上
饱和
快剪
φ
（o）
28
16.9
13.86
33
30
40
38
c
kPa
0
35
98
0
0
0
0
饱和固
结快剪
φ
（o）
28
20.1
17.8
33
30
40
38
c
kPa
0
76
111
0
0
0
0
颗粒重度
kN/m3
27.1
27.1
27.1
27.1
27.1
干重度
kN/m3
19
16.5
16.5
20
19
含水量
%
　
19.2
18.3
7
3
湿重度
kN/m3
　
19.5
20.1
21.4
19.4
饱和重度
kN/m3
20
20.5
20.7
22.5
22
渗透系数
cm/s
6.1×10-3
1.2×10-5
1.18×10-7
6.1×10-3
　
塑限含水量
%
　
17
18.5
　
　
料场含水量
%
　
19.3
21.3
　
　
二、枢纽布置
（一）工程等别及建筑物级别
1. 水库枢纽建筑物组成
    根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。
    2. 工程规模
    根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：
  （1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为2万亩，属小（Ⅰ）等工程；根据电站装机容量75千瓦即75kW，小于10MW，属小（Ⅰ）等工程；根据总库容为0.1413亿m3，在1.01～0.1亿m3，属Ⅲ等工程。
  （2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不
同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅲ等工程。
  （3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅲ等工程的主要建筑物为3级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为3级水工建筑物；次要建筑物筏道为4级水工建筑物。
（二）  各组成建筑物的选择
    1. 挡水建筑物型式的选择
    在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。
  （1）重力坝方案
    从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址上部岩层为黄石英砂岩与紫砂质页岩互层，但裂隙较为发育，上覆6~10m黄土，左岸有部分粘土若建重力坝清基开挖量大，故修建重力坝不经济。
（2）拱坝方案
    修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。
  （3）土石坝方案
    土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。
    2. 泄水建筑物型式的选择
    土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，左岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。
（三）枢纽总体布置方案的确定
挡水建筑物——土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。
（四）坝轴线选择
选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析比较来选定。
应尽量选在河谷的狭窄段。这样坝轴线短，工程量小，但必须与施工场地和泄水建筑物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。坝基和两岸山体应无大的不利地质构成问题。岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水地基上。坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于开采运输。
通过以上分析，联平水库坝轴线的选择，在地形上，应尽量选在河谷狭窄段。由地形图上可知，上游坡坝轴线、坝轴线以及和下游坝轴线三者的比见地形图，下游的坝轴线最符合。因为它是河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，可减少投资，库容较大，淹没少。
三  土坝设计
（一） 坝型选择
影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线左岸丘陵与平原地区的土料，且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝坝址附近400~1500m河道右岸开采。石料利用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩、质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。
从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。
  1.均质坝    坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。